CN107059606A - 一种桥梁健康监测支座及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁健康监测支座，包括上支座板和下支座板，所述上支座板和下支座板之间设置有中间衬板，下支座板的顶面设置有盆腔，盆腔内设置有油腔，油腔顶部设置有弹性层，下支座板的侧面至少设置有两个与油腔相连通的油路，任意一个油路上设置有压力传感器，下支座板或中间衬板上设置有行程开关，行程开关上设置有触头，触头与上支座板选择性接触。本发明能够改进现有技术的不足，降低了桥梁健康监测的施工复杂度，提高了对于桥梁监测的准确度。

Description

一种桥梁健康监测支座及其监测方法

技术领域

本发明涉及桥梁架设技术领域，尤其是一种桥梁健康监测支座及其监测方法。

背景技术

近年来，随着铁路运量的逐年递增，部分桥梁支座出现了支座位移超限、限位销剪断等病害，个别桥上支座损坏的比较较大，目前已开始逐步更换。目前，部分科研院所和生产厂商已经进行了测力支座的一些研制工作，并在桥梁上得到应用。有的使用良好，但制造成本昂贵，受供电的限制，需整体标定，无法大范围推广（例如中国实用新型专利200420085431.4公开的调高测力盆式橡胶支座）；有些测力支座造价较低，但结构复杂，测量精度较差，使用寿命短，传感器更换困难，甚至影响了支座的整体性能；有的需要多只传感器才能解决转角变化造成的测力不准确。而桥梁健康监测支座，将能够监测桥梁的受力情况和挠曲变形情况，进而能够对既有桥梁的梁体和墩身的状态进行评估，对桥墩是否下沉和桥梁是否有裂纹的病害，以及经过各种自然灾害、或者轮船撞击后的桥梁使用情况给出可靠的数据信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种桥梁健康监测支座及其监测方法，能够解决现有技术的不足，降低了桥梁健康监测的施工复杂度，提高了对于桥梁监测的准确度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种桥梁健康监测支座，包括上支座板和下支座板，所述上支座板和下支座板之间设置有中间衬板，下支座板的顶面设置有盆腔，盆腔内设置有油腔，油腔顶部设置有弹性层，下支座板的侧面至少设置有两个与油腔相连通的油路，任意一个油路上设置有压力传感器，下支座板或中间衬板上设置有行程开关，行程开关上设置有触头，触头与上支座板选择性接触。

作为优选，所述油腔顶部设置有压强传递板，弹性层设置在压强传递板顶部。

作为优选，所述中间衬板与上支座板之前设置有球形衬板。

作为优选，所述弹性层的泊松比在0.45-0.5。

一种上述的桥梁健康监测支座的监测方法，包括以下步骤：

A、根据桥梁的重量、允许的转角确定桥梁允许承受力的最大值和挠曲变形的最大值；

B、当压力传感器所监测到的桥梁承受的力值小于步骤A中确定的最大值，且后一次数据与前一次数据相比增加或减小在3倍以内时，以固定频率采集数据；当压力传感器所监测到的桥梁承受的力值小于步骤A中确定的最大值，且后一次数据与前一次数据相比增加或减小在3倍以外时，采集频率提高50%；当压力传感器所监测到的桥梁承受的力值大于步骤A中确定的最大值，但超出值小于最大值的30%，采集频率提高50%；当压力传感器所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值的30%，但超出值小于步骤A中确定的最大值的60%，采集频率提高100%；压力传感器所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值的60%以上时，采集频率提高200%；

C、当桥梁的挠曲变形小于步骤A中确定的最大值，行程开关关闭；当桥梁的挠曲变形大于步骤A中确定的最大值，触发行程开关，采集频率提高100%；

D、当压力传感器所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值时或者行程开关被触发，进行报警，并记录报警持续时间。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过设置两个油管，使用一个油管进油另一个油管出油，通过多次进油出油，将油腔内的空气排净，然后注满油，并封闭油管，这避免了现有专利技术中单一油管注油所带来的气泡无法彻底排出而导致测力不准确的问题。现有专利技术的油腔，需预制一个腔，再将腔与多层橡胶安放在相应的模具中，通过加热将橡胶熔化，再冷却将腔固定在橡胶板中。在将腔和橡胶放置到模具过程和硫化过程中预制的腔很大可能发生移动，造成腔偏离橡胶板的中间位置，与下支座板上的孔道不对应；再次，预制的腔需要承受30-45MPa的应力同时在填充油时能够伸长以适应油的进入，所以对腔的成型材料有很高的要求；橡胶板的硫化的过程，熔化的橡胶不得进入腔以保证硫化后腔的存在，诸多问题使得调高测力盆式橡胶支座的加工工艺难度大，良品率低。而本发明在下支座板内部设置油腔，通过在下支座板内部车削一圆形的凹槽，上部密封一压强传递板即可完成，工艺简单，加工方便，良品率高。

本发明所使用的弹性层采用泊松比在0.45-0.5范围的材料，因为泊松比在0.45-0.5范围的材料具有各向同性的特性，各向同性指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性，即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同。桥梁健康监测支座的竖向力通过支座上部结构作用到弹性层上，弹性层再将力值传递给其下部结构，即油腔和油腔外侧部位，根据弹性层各向同性的特性，即使油腔和油腔外侧部位由于加工误差造成不在同一表面上， 其传递给油腔的压强均为弹性层受到的力与其面积的比值，从而有效保证测得力值精度。然而泊松比在0.45-0.5范围外的材料，不具有各向同性的特性。力值在传递过程中，如果油腔表面高于油腔外侧，则油腔承受大部分的竖向力，压强大，乘以面积换算成压力后，力值偏大；如果油腔表面低于油腔外侧，则油腔承受很小的竖向力，压强小，乘以面积换算成压力后，力值偏小，进而造成测量的力值精度低。

行程开关用于测量桥梁的顺桥向挠曲变形。在支座安装前根据桥梁的许用转角以及行程开关的触头与转动中心的水平距离等参数，计算触头与支座上板或者梁体的竖向距离；支座安装后，根据计算得的竖向距离调整触头的位置；支座使用过程中，当桥梁顺桥向的挠曲变形在正常范围内，触头与支座上板或者梁体不接触，行程开关处于关闭状态，当桥梁发生的变形超过允许范围，触头与支座上板或者梁体接触，行程开关开始工作，监测系统以某一频率采集力值数据并报警。这样既可以避免采集多余的正常数据，造成数据垃圾，又可以节约电量，延长电池的使用寿命。

行程开关分别安装在支座顺桥向（桥梁长度方向）的两侧，分别为靠近桥梁中心侧和靠近桥端侧。当靠近桥梁中心侧的行程开关接通，可能出现了重载车或者桥梁局部裂纹等情况；当靠近桥端侧的行程开关接通，可能出现了桥墩下沉等情况。

本发明与现有技术中其它类型的测力装置也是有本质区别的。现有的其它类型的测力装置普遍是使用千斤顶式的结构进行支撑测力。本发明采用油腔承重，利用液体各向压强相等和不可压缩的特点，测量液压，进而换算支座的承载力；现有技术的称重装置采用称重仪称重。虽然自适应液压承重装置也涉及液压，但其液压是与液压千斤顶相连，用于千斤顶的顶升，与称重无关；桥梁健康监测支座中的油腔后续可以补充油液，但只需保证油腔上表面平整即可，不需顶升支座。而且千斤顶结构的测力装置都是具有缸体和活塞的，在之间设置有密封圈，很容易破损出现漏油的现象，使得测量的力值不准确。而在桥梁支座上，是无法更换密封圈的，支座的测力功能也将不能实现。本发明将油腔设计在支座的内部，没有上下移动的活塞，降低了漏油的风险；如果出现漏油的情况，也可以及时通过进出油口补充，有效的保证了支座测力的功能。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构图。

图2是本发明实施例2的结构图。

图中：1、上支座板；2、下支座板；3、中间衬板；4、弹性层；5、油腔；6、压强传递板；7、油管；8、压力传感器；9、行程开关；10、触头；11、球形衬板。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1，本发明一个具体实施方式包括上支座板1和下支座板2，所述上支座板1和下支座板2之间设置有中间衬板3，下支座板2的顶面设置有盆腔，盆腔内设置有油腔5，油腔5顶部设置有压强传递板6，压强传递板6的顶部设置有弹性层4。下支座板2的两侧分别设置有一个与油腔5相连通的油管7，任意一个油管7上设置有压力传感器8，下支座板2上设置有行程开关9，行程开关9上设置有触头10，触头10与上支座板1选择性接触。

一种上述的桥梁健康监测支座的监测方法，包括以下步骤：

A、根据桥梁的重量、允许的转角确定桥梁允许承受力的最大值和挠曲变形的最大值；

B、当压力传感器8所监测到的桥梁承受的力值小于步骤A中确定的最大值，且后一次数据与前一次数据相比增加或减小在3倍以内时，以固定频率采集数据；当压力传感器8所监测到的桥梁承受的力值小于步骤A中确定的最大值，且后一次数据与前一次数据相比增加或减小在3倍以外时，采集频率提高50%；当压力传感器8所监测到的桥梁承受的力值大于步骤A中确定的最大值，但超出值小于最大值的30%，采集频率提高50%；当压力传感器8所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值的30%，但超出值小于步骤A中确定的最大值的60%，采集频率提高100%；压力传感器8所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值的60%以上时，采集频率提高200%；

C、当桥梁的挠曲变形小于步骤A中确定的最大值，行程开关9关闭；当桥梁的挠曲变形大于步骤A中确定的最大值，触发行程开关9，采集频率提高100%；

D、当压力传感器8所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值时或者行程开关9被触发，进行报警，并记录报警持续时间。

实施例2

参照图2，本实施例是在实施例1的基础上改进而来的。中间衬板3与上支座板1之前设置有球形衬板11。弹性层4的泊松比在0.45-0.5之间（泊松比，材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值）。具有此特性的弹性层既能可靠的传递竖向力，又能发生变形保证油腔上表面均匀受力。

本发明利用油压直接检测桥梁支座的竖向受力情况，测力的过程容易实现，支座结构简单，易于加工。 利用开关电路测量桥梁的挠曲变形，成本低，同时排除多余的正常数据，降低数据处理的难度。。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种桥梁健康监测支座，包括上支座板（1）和下支座板（2），其特征在于：所述上支座板（1）和下支座板（2）之间设置有中间衬板（3），下支座板（2）的顶面设置有盆腔，盆腔内设置有油腔（5），油腔（5）顶部设置有弹性层（4），下支座板（2）的侧面至少设置有两个与油腔（5）相连通的油路（7），任意一个油路（7）上设置有压力传感器（8），下支座板（2）或中间衬板（3）上设置有行程开关（9），行程开关（9）上设置有触头（10），触头（10）与上支座板（1）选择性接触。

2.根据权利要求1所述的桥梁健康监测支座，其特征在于：所述油腔（5）顶部设置有压强传递板（6），弹性层（4）设置在压强传递板（6）顶部。

3.根据权利要求2所述的桥梁健康监测支座，其特征在于：所述中间衬板（3）与上支座板（1）之前设置有球形衬板（11）。

4.根据权利要求1所述的桥梁健康监测支座，其特征在于：所述弹性层（4）的泊松比在0.45-0.5。

5.一种权利要求1-4任意一项所述的桥梁健康监测支座的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

A、根据桥梁的重量、允许的转角确定桥梁允许承受力的最大值和挠曲变形的最大值；

B、当压力传感器（8）所监测到的桥梁承受的力值小于步骤A中确定的最大值，且后一次数据与前一次数据相比增加或减小在3倍以内时，以固定频率采集数据；当压力传感器（8）所监测到的桥梁承受的力值小于步骤A中确定的最大值，且后一次数据与前一次数据相比增加或减小在3倍以外时，采集频率提高50%；当压力传感器（8）所监测到的桥梁承受的力值大于步骤A中确定的最大值，但超出值小于最大值的30%，采集频率提高50%；当压力传感器（8）所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值的30%，但超出值小于步骤A中确定的最大值的60%，采集频率提高100%；压力传感器（8）所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值的60%以上时，采集频率提高200%；

C、当桥梁的挠曲变形小于步骤A中确定的最大值，行程开关（9）关闭；当桥梁的挠曲变形大于步骤A中确定的最大值，触发行程开关（9），采集频率提高100%；

D、当压力传感器（8）所监测到的桥梁承受的力值超出步骤A中确定的最大值时或者行程开关（9）被触发，进行报警，并记录报警持续时间。